- Perlindungan Arus Lebar menggunakan Penguat Operasi
- Bahan yang Diperlukan:
- Litar Perlindungan Arus Lebar
- Litar Perlindungan Arus Lebar Berfungsi
- Mengatasi masalah tindak balas sementara / kestabilan
- Ujian Litar Perlindungan Overcurrent
- Petua Reka Bentuk Perlindungan Lebihan
Litar perlindungan sangat penting agar sebarang reka bentuk elektronik berjaya. Dalam tutorial litar perlindungan sebelumnya kami telah merancang banyak litar perlindungan asas yang dapat disesuaikan ke dalam litar anda, iaitu, Perlindungan Tegangan Atas, Perlindungan Litar Pendek, Perlindungan polaritas terbalik, dll. Menambah senarai litar ini, dalam artikel ini, kami akan belajar bagaimana merancang dan membina litar sederhana untuk perlindungan Over-current menggunakan Op-Amp.
Perlindungan arus lebih kerap digunakan dalam litar bekalan kuasa untuk mengehadkan arus keluaran PSU. Istilah "Overcurrent" adalah keadaan ketika beban menarik arus yang besar daripada kemampuan yang ditentukan dari unit bekalan kuasa. Ini boleh menjadi keadaan berbahaya kerana keadaan arus berlebihan boleh merosakkan bekalan kuasa. Oleh itu jurutera biasanya menggunakan litar perlindungan arus lebih untuk memotong beban dari bekalan kuasa semasa senario kerosakan sedemikian melindungi beban dan bekalan kuasa.
Perlindungan Arus Lebar menggunakan Penguat Operasi
Terdapat banyak jenis litar perlindungan arus lebihan; kerumitan litar bergantung pada seberapa pantas litar perlindungan harus bertindak balas semasa keadaan arus lebihan. Dalam projek ini, kami akan membina litar perlindungan arus lebih sederhana menggunakan op-amp yang sangat biasa digunakan dan dapat disesuaikan dengan mudah untuk reka bentuk anda.
Litar yang akan kita rancangkan akan mempunyai nilai ambang arus semasa yang boleh disesuaikan dan juga akan mempunyai ciri Auto-restart pada kegagalan. Kerana ini adalah litar perlindungan arus lebih berdasarkan op-amp, ia akan mempunyai op-amp sebagai unit penggerak. Untuk projek ini, digunakan penguat operasi umum LM358. Pada gambar di bawah, rajah pin LM358 ditunjukkan.
Seperti yang dilihat pada gambar di atas, di dalam satu pakej IC kita akan mempunyai dua saluran op-amp. Walau bagaimanapun, hanya satu saluran yang digunakan untuk projek ini. Op-amp akan menukar (memutuskan sambungan) beban output menggunakan MOSFET. Untuk projek ini, saluran N MOSFET IRF540N digunakan. Dianjurkan untuk menggunakan MOSFET Heatsink yang betul jika arus beban lebih besar daripada 500mA. Walau bagaimanapun, untuk projek ini, MOSFET digunakan tanpa Heatsink. Gambar di bawah adalah gambaran gambarajah pinout IRF540N.
Untuk menghidupkan op-amp dan litar, digunakan pengatur voltan linear LM7809. Ini adalah pengatur voltan linear 9V 1A dengan penilaian voltan input yang luas. Pinout dapat dilihat pada gambar di bawah
Bahan yang Diperlukan:
Senarai komponen yang diperlukan untuk litar perlindungan arus lebih disenaraikan di bawah.
- Papan roti
- Bekalan kuasa 12V (minimum) atau mengikut voltan diperlukan.
- LM358
- 100uF 25V
- IRF540N
- Heatsink (sesuai syarat permohonan)
- Pot periuk 50k.
- Perintang 1k dengan toleransi 1%
- Perintang 1Meg
- 100k perintang dengan toleransi 1%.
- 1ohms perintang, 2W (maksimum 2W arus beban 1.25A)
- Wayar untuk papan roti
Litar Perlindungan Arus Lebar
Litar perlindungan arus lebih sederhana dapat dirancang dengan menggunakan Op-Amp untuk merasakan arus lebihan dan berdasarkan hasilnya kita dapat menggerakkan Mosfet untuk memutuskan / menyambungkan beban dengan bekalan kuasa. Gambarajah litar yang sama mudah dan dapat dilihat pada gambar di bawah
Litar Perlindungan Arus Lebar Berfungsi
Seperti yang anda perhatikan dari gambarajah litar, MOSFET IRF540N digunakan untuk mengawal beban sebagai AKTIF atau MATI semasa keadaan normal dan berlebihan. Tetapi sebelum mematikan beban, penting untuk mengesan arus beban. Ini dilakukan dengan menggunakan perintang shunt R1, yang merupakan perintang shunt 1 Ohm dengan penarafan 2 Watt. Kaedah mengukur arus ini disebut Shunt Resistor Current Sensing, anda juga dapat memeriksa kaedah penginderaan arus lain yang juga dapat digunakan untuk mengesan arus lebih.
Semasa keadaan ON MOSFET, arus beban mengalir melalui longkang MOSFET ke sumber dan akhirnya ke GND melalui perintang shunt. Bergantung pada arus beban, perintang shunt menghasilkan penurunan voltan yang dapat dikira menggunakan hukum Ohms. Oleh itu mari kita anggap, untuk arus arus 1A (arus beban), penurunan voltan merintangi perintang shunt adalah 1V sebagai V = I x R (V = 1A x 1 Ohm). Oleh itu, jika voltan penurunan ini dibandingkan dengan voltan yang telah ditentukan menggunakan Op-Amp, kita dapat mengesan arus lebihan dan mengubah keadaan MOSFET untuk memotong beban.
Penguat operasi biasanya digunakan untuk melakukan operasi matematik seperti penambahan, penolakan, pendaraban, dan lain-lain. Oleh itu, dalam litar ini, penguat operasi LM358 dikonfigurasikan sebagai pembanding. Berdasarkan skema, pembanding membandingkan dua nilai. Yang pertama adalah voltan penurunan merentasi perintang shunt dan yang lain adalah voltan yang telah ditentukan (voltan rujukan) menggunakan perintang boleh ubah atau potensiometer RV1. RV1 bertindak sebagai pembahagi voltan. Voltan penurunan di perintang shunt dirasakan oleh terminal pembalik pembanding dan ia dibandingkan dengan rujukan voltan yang disambungkan di terminal bukan pembalik penguat operasi.
Oleh kerana itu, jika voltan yang dirasakan kurang dari voltan rujukan, pembanding akan menghasilkan voltan positif di seluruh output yang hampir dengan VCC pembanding. Tetapi, jika voltan yang dirasakan lebih besar daripada voltan rujukan, pembanding akan menghasilkan voltan bekalan negatif di seluruh output (bekalan negatif disambungkan di seluruh GND, jadi 0V dalam kes ini). Voltan ini mencukupi untuk menghidupkan atau mematikan MOSFET.
Mengatasi masalah tindak balas sementara / kestabilan
Tetapi apabila beban tinggi akan terputus dari bekalan, perubahan sementara akan mewujudkan kawasan linear melintasi pembanding dan ini akan membuat gelung di mana pembanding tidak dapat menghidupkan atau mematikan beban dengan betul dan op-amp akan menjadi tidak stabil. Sebagai contoh, mari kita anggap, 1A ditetapkan menggunakan potensiometer untuk memicu MOSFET ke dalam keadaan OFF. Oleh itu perintang berubah-ubah ditetapkan untuk output 1V. Semasa keadaan berlaku, apabila pembanding mengesan penurunan voltan melintang perintang shunt adalah 1.01V (voltan ini bergantung pada ketepatan op-amp atau pembanding dan faktor lain) pembanding akan memutuskan beban. Perubahan sementara berlaku apabila beban tinggi tiba-tiba terputus dari unit bekalan kuasa dan sementara ini meningkatkan rujukan voltan yang mengundang hasil yang buruk di seluruh pembanding dan memaksanya untuk beroperasi di kawasan linear.
Cara terbaik untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menggunakan daya yang stabil merentas pembanding di mana perubahan sementara tidak mempengaruhi voltan input pembanding dan rujukan voltan. Bukan hanya ini, kaedah histeresis tambahan perlu ditambah dalam pembanding. Dalam litar ini, ini dilakukan oleh pengatur linier LM7809 dan dengan menggunakan perintang histeresis R4, perintang 100k. LM7809 memberikan voltan yang betul merentas pembanding sehingga perubahan sementara di garisan kuasa tidak mempengaruhi pembanding. C1, kapasitor 100uF digunakan untuk menyaring voltan keluaran.
Perintang histeresis R4 memberi makan sebahagian kecil input di seluruh output op-amp yang mewujudkan jurang voltan antara ambang rendah (0.99V) dan ambang tinggi (1.01V) di mana pembanding mengubah keadaan outputnya. Pembanding tidak akan mengubah keadaan dengan segera jika titik ambang dipenuhi, sebaliknya, untuk mengubah keadaan dari tinggi ke rendah, tahap voltan yang dirasakan perlu lebih rendah daripada ambang rendah (contohnya 0.97V bukannya 0.99V) atau untuk mengubah keadaan dari rendah ke tinggi, voltan yang dirasakan perlu lebih tinggi daripada ambang tinggi (1.03 dan bukannya 1.01). Ini akan meningkatkan kestabilan pembanding dan mengurangkan tersandung palsu. Selain perintang ini, R2 dan R3 digunakan untuk mengawal pintu pagar. R3 adalah perintang pull-down Gate MOSFET.
Ujian Litar Perlindungan Overcurrent
Litar ini dibina di papan roti dan diuji menggunakan bekalan kuasa Bench bersama dengan Beban DC yang berubah-ubah.
Litar diuji dan output diperhatikan berjaya diputuskan pada nilai yang berbeza yang ditetapkan oleh perintang berubah-ubah. Video yang disediakan di bahagian bawah halaman ini menunjukkan demonstrasi lengkap mengenai ujian perlindungan arus lebih dalam tindakan.
Petua Reka Bentuk Perlindungan Lebihan
- Litar snubber RC di seluruh output dapat meningkatkan EMI.
- Heat sink yang lebih besar dan MOSFET khusus boleh digunakan untuk aplikasi yang diperlukan.
- PCB yang dibina dengan baik akan meningkatkan kestabilan litar.
- Watt Shunt Resistor perlu disesuaikan mengikut undang-undang kuasa (P = I 2 R) bergantung pada Arus Beban.
- Perintang nilai yang sangat rendah dalam penarafan mili-ohm boleh digunakan untuk pakej kecil tetapi penurunan voltan akan kurang. Untuk mengimbangi penurunan voltan, penguat tambahan dengan keuntungan yang betul dapat digunakan.
- Sebaiknya gunakan penguat deria arus khusus untuk masalah berkaitan penginderaan semasa yang tepat.
Harap anda memahami tutorial dan menikmati belajar sesuatu yang berguna darinya. Sekiranya anda mempunyai sebarang pertanyaan, sila tinggalkan di bahagian komen atau gunakan forum untuk pertanyaan teknikal yang lain.